Lihaskasvu Mitkä tekijät säätelevät lihasmassaa, ja mikä on harjoittelun rooli lihaskasvussa?

Olet täällä

Lihaskasvun säätelymekanismit ja harjoittelu

Perimän mukana saamme tietyn lihasmassan, joka muokkaantuu lapsuuden, nuoruuden, aikuisuuden ja ikääntymisen aikana. Muokkaavia tekijöitä ovat muun muassa fyysinen työ, fyysinen urheiluharjoittelu, ravinto, ikä, sairaudet ja onnettomuudet. Jälkimmäisiin liittyvät esimerkiksi vaikeat palovammat. Niissä lihaskudos saatetaan menettää lähes kokonaan, mutta se voidaan palauttaa osittain tai jopa kokonaan lääkkeillä, ravinnolla ja lihasharjoittelulla.

Lapsella on lihaskudosta noin 25 prosenttia painostaan, tavallisella terveellä miehellä noin 45  ja naisella noin 35 prosenttia. Ikääntyessä lihasmassan suhteellinen osuus vähenee. Yksilöllisiä eroja on paljon. Luurankolihaksista (eli luuhun tai luurankorustoon kiinnittyvistä poikkijuovaisista lihaksista) noin 18 prosenttia on proteiineja ja loput enimmäkseen vettä, mutta vähän myös hiilihydraatteja ja rasvaa.

Koko kehon proteiineista luurankolihakset käsittävät noin 50–75 prosenttia. Pieni osa luurankolihasten proteiineista hajotetaan ja syntetisoidaan päivittäin. On arvioitu, että viikon aikana noin puolet luurankolihasten proteiineista hajotetaan ja korvataan uusilla proteiineilla. Tämä on tärkeää ottaa huomioon esimerkiksi ravinnon saannissa. [1] 

Lihaskasvun periaate

Aikuisella voimaharjoittelu on tärkein lihaskasvua aikaansaava menetelmä. Perusmekanismi on se, että myofibrillaaristen proteiinien (lähinnä aktiini- ja myosiiniproteiinit) määrä lihaksessa kasvaa. Nämä proteiinit suurenevat, ja saavuttaessaan tietyn koon ne puoliintuvat. Siten solun sisällä proteiinien määrä kasvaa, ja vaaditaan lisää tilaa. Näin solu kasvaa eli hypertrofioituu.

Lisäksi venytys tai venytyksen puute vaikuttaa solun pituuteen. Venytys pidentää lihasolua, mikä on tärkeää, jotta lihaksen nopeus ja toimintalaajuus kasvavat. Lihaksen poikkipinta-alan lisääntyminen luonnollisesti vaikuttaa lihaksen voiman kasvuun.

Ihmisen lihassolujen lukumäärä tuskin kasvaa harjoittelullakaan kovin paljon, vaan se on voimakkaasti geneettisesti säädelty. Kun lihassolut kasvavat, lihaksen tukikudoksen määrä näyttää kasvavan suurin piirtein samassa suhteessa myofibrillaaristen proteiinien kasvun kanssa. Lihassolujen kasvaessa solujen proteiinisynteesikapasiteetin pitää myös lisääntyä, jotta saadaan aikaan entistä enemmän proteiineja ja kasvua.

Jotta saadaan lisää tumia, käytetään nykytiedon mukaan apuna lihaskantasolujen erästä muotoa eli satelliittisoluja. Ne sijaitsevat lihassolukalvon ja lihassoluja ympäröivän tyvikalvon välisessä tilassa. Voimaharjoittelun myötä satelliittisolujen määrä lisääntyy ja ne sulautuvat lihassoluun ja luovuttavat tumansa lihassolulle. Siten proteiinisynteesikapasiteetti kasvaa ja tekee mahdolliseksi aiempaa voimakkaamman lihaskasvun. [1]

Proteiinisynteesi

Solun tuman sisältämän tiedon perusteella muodostetaan ensin lähetti-RNA, eli tumassa tapahtuu niin sanottu transkriptio. Sen jälkeen tuman ulkopuolella, ribosomien pinnalla, tapahtuu translaatio, kun siirtäjä-RNA on ensin tuonut aminohappoja rakennusaineeksi proteiinia varten.

Tavallisella terveellä ihmisellä proteiinien hajotus ja rakentaminen ovat tasapainossa. Sairauksissa ja erilaissa paastoissa proteiinien hajotus on suurempaa kuin niiden rakentaminen eli synteesi. Voimaharjoituksen aikana proteiinisynteesi on melko vähäistä, mutta se kiihtyy heti harjoituksen jälkeen ja on vilkasta 24–48 tuntia harjoituksen jälkeen. Proteiiniravinnolla ennen harjoitusta sekä sen aikana ja jälkeen on suuri vaikutus proteiinisynteesin aktiivisuuteen.

Tämänhetkisen tutkimustiedon perusteella proteiinisynteesin ensisijainen rajoittava tekijä ei ole aminohappojen määrä siirtäjä-RNA:lle vaan translaation aloitus. Siinä keskeisiä tekijöitä ovat sekä lähetti-RNA:n että siirtäjä-RNA:n ja sen metioniini-aloitusaminohapon yhdistyminen ja vuorovaikutus ribosomin ja translaation aloitustekijöiden kanssa. Kaiken kaikkiaan proteiinisynteesin säätelyverkko on hyvin laaja [esim. 2, 3] ja tietämys siitä lisääntyy koko ajan kovaa vauhtia. Se on tällä hetkellä (vuonna 2010) eräs liikuntafysiologian päätutkimusalueita. [1]

Proteiinien hajotus

Proteiinien hajotus tapahtuu hydrolyysissä. Siinä proteiini hajoaa alkuperäisiksi aminohapoiksi ja niiden hajotustuotteiksi. Koko tässä hajottamisessa proteolyyttiset eli proteiineja hajottavat entsyymit ovat keskeisiä tekijöitä.

Solun proteiineja hajotetaan päivittäin: uusia proteiineja syntetisoidaan ja viallisia korjataan. Tietyissä erikoistilanteissa, kuten pitkissä uupumukseen johtavissa kestävyyssuorituksissa ja paastossa, proteiineja hajotetaan ja aminohappoja käytetään energiaksi. Energiaksi käytetään ennen kaikkea haaraketjuisia aminohappoja (leusiini, isoleusiini ja valiini).

Kovan ja intensiivisen voimaharjoituksen yhteydessä keho hajottaa runsaasti proteiineja. Tämä puolestaan kiihdyttää proteiinisynteesiä entistä enemmän ja siten saa aikaan runsasta lihaskasvua [4].

Anabolisilla eli rakentavilla signaaleilla ja katabolisilla eli hajottavilla signaaleilla on paljon samoja säätelyreittejä ja yhdysvaikutuksia. Esimerkiksi jokin anabolinen säätelysignaali saa aikaan proteiinisynteesin aktivoitumista ja toisaalta hajottamisen estymistä. Siten ”taloudellisuus ja tehokkuus” säilyvät hyvinä. Lihaskasvun kokonaisuutta määrää siis lihasproteiinien, erityisesti myofibrillaaristen proteiinien, synteesin ja hajotuksen erotus. [1]

Lihashypertrofia ja lihasatrofia

Voimaharjoitukset ja ravinto vaikuttavat useiden tekijöiden kautta lihaskasvuun tai lihasten surkastumiseen eli lihasatrofiaan. Näitä tekijöitä ovat ensisijaisesti lihasten supistus- ja venymisvoimat ja lihasvauriot sekä niihin reagoivat molekyylit ja niiden toiminta. Vaikuttavia tekijöitä ovat myös solun sisäinen kalsiumsäätely, nestemäärän vaihtelu, energiavaatimukset, lihaksen happipitoisuus, hormonit, kasvutekijät (sekä sytokiinit että niiden reseptorit), verenkierron muutokset ja lämpötila.

Voimaharjoituksen aikaisen hormonivasteen merkitys lihaskasvussa on kiistelty ja todennäköisesti vähäisempi kuin aikaisemmin on luultu [esim. 5]. Riittävä muutos yhdessä tai useammassa muuttujassa saa aikaan muutoksen tai muutoksia signaalireiteissä, ja siten viesti kulkee verkostossa. Yleisin proteiinin aktiivisuuden säätelymekanismi soluissa on fosfaattiryhmän liittäminen proteiiniin (fosforylointi) tai fosfaattiryhmän poisto proteiinista (defosforylointi). Näitä yksityiskohtia monissa lihaskasvun liittyvissä proteiineissa tunnetaan jo melko paljon.

Voimaharjoitus ja ravinto aiheuttavat melko eri tavoilla signaalireittien aktivoitumisen reittien alkupäässä. Loppupäässä, lähellä proteiinisynteesin loppua, niiden vaikutustavoissa on enemmän samankaltaisuutta. Lihaskasvun inhibointi eli esto on todennäköisesti monien tekijöiden summa sekä eläimellä että ihmisellä.

Tällä hetkellä tutkitaan intensiivisesti myostatiinia. Se on toiselta nimeltään GDF-8 ja kuuluu TGF-ß-sytokiiniproteiinien luokkaan. Sen tiedetään vaikuttavan ainakin endokriinisesti eli erittymällä kudoksista. Osa myostatiinista näyttää erittyvän verenkiertoon ja kulkeutuu kudoksiin. Näyttää kuitenkin siltä, että myostatiinia on ihmisen veressä hyvin pieniä määriä.

Myostatiini vähentää aikuisella lihasten kasvua vähentämällä lihaskasvussa tärkeää lihasproteiinisynteesiä. Myostatiinin ilmentyminen on lisääntynyt tietyissä lihasmassan vähentymiseen liittyvissä sairaustiloissa ja immobilisaatiossa (eli liikkumattomaksi tekemisessä), mutta sen merkitystä voimaharjoittelun ja ravinnon yhteydessä on tutkittu vasta melko vähän.

Myostatiinin lisäksi lihaskasvua vähentäviä tekijöitä ovat muun muassa glukokortikoidit ja eräät muut proteiinien hajotusta lisäävät ja/tai proteiinien synteesiä vähentävät tekijät. Myostatiinin inhibiittorit eli estäjät ovat intensiivisen tutkimuksen kohteena tällä hetkellä varsinkin lihaskudoksen surkastumiseen liittyvissa ongelmissa.

Hypertrofiselle voimaharjoitukselle on tyypillistä, että siinä käytetään useita eri harjoitusliikkeitä samalle lihasryhmälle. Harjoituksessa pyritään usein myös ”eristämään” harjoitettava lihas ja kohdistamaan kuormitus vain tietylle lihakselle tai lihasryhmälle.

Sarjojen välinen lepo on lyhyt, yleensä noin kaksi minuuttia tai alle, jolloin väsymys muodostuu suureksi. Sarjojen ja toistojen kokonaismäärä harjoituksessa on suuri. Lihasjännitys pyritään yleensä pitämään myös suurena ja jatkuvana ilman rentoutusta eksentris-konsentrisen ja konsentris-eksentristen supistusten välissä. [1]

Oheisessa kuviossa on yhteenveto siitä, miten voimaharjoitus ja ravinto johtavat luurankolihasten kasvuun ja sitä kautta voiman lisääntymiseen sekä aiempaa parempaan suoritus- ja toimintakykyyn.

Kuvio 1. Teoreettinen tapahtumasarja, joka johtaa useita kertoja toistettaessa luurankolihasten adaptoitumiseen eli sopeutumiseen, ja siten lihasvoiman, suoritus- ja toimintakyvyn kehittymiseen.

Antti Mero
liikuntafysiologian professori
Juha Hulmi
liikuntatieteiden tohtori
Liikuntabiologian laitos, Jyväskylän yliopisto

[1] Hulmi (2007): Lihaskasvu ja sen säätelymekanismit. Teoksessa Alaranta, Hulmi, Mikkonen, Rossi & Mero: Lääkkeet ja lisäravinteet urheilussa – suorituskykyyn ja kehon koostumukseen vaikuttavat aineet. Nutrimed Oy.

[2] Proud (2007): Signaling to translation: how signal transduction pathways control the protein synthetic machinery. Biochemical  Journal 403: 217–234.

[3] Drummond, Dreyer, Fry, Glynn & Rasmussen (2009): Nutritional and contractile regulation of human skeletal muscle protein synthesis and mTORC1 signaling. Journal of Applied Physiology 106: 1374–1384.

[4] Nader ym. (2005): Molecular determinants of skeletal muscle mass: getting the ”AKT” together. International Journal of Biochemistry & Cell Biology 37: 1985–1996.

[5] West ym. (2009): Resistance exercise-induced increases in putative anabolic hormones do not enhance muscle protein synthesis or intracellular signaling in young men. Journal of Physiology 2009. Julkaistu verkossa ennen painamista (7.9.2009). Digitaalinen tunniste (The Digital Object Identifier DOI ®) 10.1113/jphysiol.2009.177220.

Oliko tämä artikkeli hyödyllinen?
Ääniä yhteensä 732